6.1汽车油箱的液位检测（课件）-《传感器及检测技术》同步教学（江苏凤凰教育出版社）

项目六 液位检测 项目六 液位检测 目 录 1 任务一 汽车油箱的液位检测 2 任务二 高压密闭容器的液位检测 项目六 液位检测 学习目标 能掌握电容式传感器三种类型的工作原理及特性。 能理解电容式传感器的几种测量电路。 能掌握超声波的概念和传播特性等。 能理解超声波传感器的工作原理。 能理解电容式传感器和超声波传感器的应用电路。 任务一 汽车油箱的液位检测 任务提出 各种汽车、飞机的仪表盘上都有油箱油量的指示表，它是驾驶员要掌握的重要参数之一。检测油箱液位的高低就要用到液位传感器，通常采用电容式液位传感器来测量油箱液位。 任务一 汽车油箱的液位检测 相关知识 电容式传感器是把被测非电量转换为电容量变化的一种传感器。它具有高阻抗、小功率、动态范围大、响应速度快、几乎没有零漂、结构简单、适应性强、可在恶劣的环境下使用等优点，但它具有分布电容影响严重的缺点。 任务一 汽车油箱的液位检测 一、电容式液位传感器的外形 电容式液位传感器的外形如图6-1所示，主要有棒式和缆式两种。 任务一 汽车油箱的液位检测 二、各种电容式传感器的结构 各种电容式传感器的结构示意图如图6-2所示。 任务一 汽车油箱的液位检测 三、电容式传感器的工作原理 平板式电容器是由两个金属极板、中间夹一层电介质构成的。若在两极板间加上电压，电极上就储存有电荷，所以电容器是一种储存电场能量的元件。 任务一 汽车油箱的液位检测 三、电容式传感器的工作原理 变间隙式电容传感器如图6-3所示，两块极板中的一块为定极板，另一块为动极板，当动极板受被测量作用产生位移Δd时，改变了两极板间的距离d，从而使电容量C发生变化。这种传感器可以用来测量微小位移，测量范围为0．01μm~0．1mm之间。 （一）变间隙式电容传感器 任务一 汽车油箱的液位检测 三、电容式传感器的工作原理 变面积式电容传感器的两块极板也是一块为定极板，另一块为动极板，当动极板受被测量作用产生位移时，它改变了两极板相互覆盖的有效面积，从而使电容量C发生变化。这种传感器可以用来测量厘米数量级的位移和测量角位移。 （二）变面积式电容传感器 任务一 汽车油箱的液位检测 三、电容式传感器的工作原理 1.直线位移型电容传感器 直线位移型变面积式电容传感器如图6-4所示。 （二）变面积式电容传感器 任务一 汽车油箱的液位检测 三、电容式传感器的工作原理 2.角位移型电容传感器 角位移型电容传感器如图6-5所示。 （二）变面积式电容传感器 任务一 汽车油箱的液位检测 三、电容式传感器的工作原理 3.齿形极板型电容传感器 （二）变面积式电容传感器 任务一 汽车油箱的液位检测 三、电容式传感器的工作原理 变介电常数式电容传感器如图6-6所示。这种传感器可以用来测量湿度、物位和密度等。 （三）变介电常数式电容传感器 任务一 汽车油箱的液位检测 四、电容式传感器的测量电路 1.普通交流电桥 普通交流电桥要求提供幅值、频率稳定的交流电源，电源频率为被测信号最高频率的5~10倍，如图6-7所示。 初始状态下，电桥平衡，输出电压为零。当电容Co有增量ΔC时，电桥失去平衡，输出电压的幅值随ΔC变化。 （一）交流电桥电路 任务一 汽车油箱的液位检测 四、电容式传感器的测量电路 2.变压器电桥 变压器电桥如图6-8所示。 （一）交流电桥电路 任务一 汽车油箱的液位检测 四、电容式传感器的测量电路 运算放大器式测量电路如图6-9所示。 （二）运算放大器式测量电路 任务一 汽车油箱的液位检测 四、电容式传感器的测量电路 双T电路如图6-10a所示,图中VD1、VD2为相同特性二极管，R1、R2为阻值相等的固定电阻，RL为负载电阻，C1、C2为差动电容，u为对称方波高频电源电压。 （三）双T电路 任务一 汽车油箱的液位检测 四、电容式传感器的测量电路 脉冲调制电路如图6-11所示，它利用传感器电容充放电，使电路输出脉冲的占空比随电容量变化而变化，再通过低频滤波器得到对应于被测量变化的直流信号。各点的输出波形如图6-12所示。 （四）脉冲调制电路 任务一 汽车油箱的液位检测 四、电容式传感器的测量电路 （四）脉冲调制电路 任务一 汽车油箱的液位检测 四、电容式传感器的测量电路 该测量电路把电容式传感器与一个电感配合，构成一个谐振电路。当传感器工作时，电容量发生变化，导致振荡频率相应变化。再经过鉴频电路将频率的变化转换为振幅的变化，经放大器放大后再显示。其原理框图如图6-13所示。 （五）调频电路 任务一 汽车油箱的液位检测 任务实施